PVDF鋰電粘結劑
解密鋰電池內的低調功臣
鋰電粘結劑
▲ 鋰電池充放電動態圖
鋰電粘結劑在哪里？
??鋰電粘結劑就“粘”在正極極片上??
▲ 鋰電池結構圖
為什么需要粘結劑？
這是因為，電極由金屬極片和附著在上面的電極材料組成，電極材料內部、電極材料與金屬極片之間本身沒有什么粘結力，需要粘結劑的“粘合”，才能維持電極結構的完整。
鋰電粘結劑有多重要？
鋰電粘結劑是鋰電池中必不可少的組成材料，雖然所占比重很小，卻是整個電極力學性能的主要來源，對電極的生產工藝和電池的電化學性能有著重要影響。
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鋰電粘結劑的主要功能：
??粘結活性物質、導電劑和集流體，維持電極結構完整性
??作為分散劑或增稠劑，改善電極組分均勻性
總而言之，僅占鋰電池總成本1%左右的鋰電粘結劑，對電池的循環壽命、充電放電能力、倍率性能等核心性能，起著不可小覷的作用。
鋰電粘結劑，為何要選PVDF？
鋰電粘結劑不僅承擔著如此多的重任，還需要在極其嚴苛的環境下長期穩定工作。
日常生活中，我們所用的粘結劑多是碳氫聚合物，優點是成本低、干得快、粘結力強。例如不干膠（丙烯酸樹脂類）、502膠（α－氰基丙烯酸乙酯）等等。
然而，鋰電池內部應用環境苛刻，粘結劑和電極材料一直浸泡在電解液中，接受各類電化學反應的考驗，在電極的工作電壓范圍內保持長期穩定。普通的碳氫“膠水”不是被溶解在電解液中，就是被電化學環境氧化。鋰電池的粘合大任，絕非一般的粘結劑所能擔當。
??為此，PVDF上場了。??
▲ PVDF鋰電粘結劑真容
PVDF（聚偏氟乙烯）是一種特殊的含氟烯烴類聚合物，和烯烴類聚合物“一哥”聚乙烯相比，其氫原子有一半被氟原子所替代，形成的碳氟鍵替代了聚乙烯的碳氫鍵，鍵能大，十分牢固且很難被破壞，因此穩定性遠勝于一般的碳氫聚合物。另外，由于氟原子有很強的電負性，導致PVDF的極性很強，可以溶解在一些酰胺類的強極性溶劑中，使電極材料、粘結劑、溶劑形成流動體系，實現在電極片上的涂布。
且看PVDF四招致勝
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?“穩”
PVDF的化學穩定性好，耐酸耐氧化還原，不會被電解液溶解，高電壓條件下不被氧化，在存儲和循環過程中不反應、不變質。
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“粘”
如果粘結劑粘結力不夠，在多次充放電后，電極材料會從極片上脫落，無法再起到儲存電量的作用，導致整個電池報廢。
與四氟類粘結劑相比，PVDF除了碳氟鍵，還有碳氫鍵，能與正極上的氧元素形成氫鍵，把正極顆粒牢牢黏住。
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?“柔”
PVDF有足夠的柔韌性，保證活性物質在反復膨脹和收縮過程中不脫落，電極微粒間的結合不被破壞。
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“溶”
PVDF鋰電粘結劑具有良好的溶解性，溶解速度快，溶解度高。PVDF配成溶液后便可均勻地分散到正極材料中和極片表面，能將活性物質均勻地粘結在集流體上。
中化藍天PVDF鋰電粘結劑
有啥大不同
中國中化旗下中化藍天深耕氟化工70余年，在PVDF研產技術領域有40余年的深厚積淀，主持并參與多項科技攻關項目。
2009年起，中化藍天開始研發鋰電粘結劑專用的PVDF產品，陸續開發了乳液、懸浮及改性的4代5個牌號PVDF，并在VDF單體合成、PVDF聚合工藝配方、樹脂規模化生產等方面積累了多項領先技術與“Know-How”。在氟聚合物擬穩態聚合、恒比共聚改性、凝聚態結構分析等方面擁有不少“獨門絕技”。
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▲ 聚合重點實驗室
▲ 中化藍天PVDF鋰電粘結劑4代迭代圖
中化藍天擁有完整的小試、中試、產業化配套，并集產品開發、性能評價、應用研究、生產銷售為一體。項目團隊以“研產銷檢”平臺化協同為核心，以客戶應用需求為導向，聚焦產品設計和過程制造，打造持續創新能力。
2021年初，國內新能源電動車行業迎來爆發式增長的市場行情，鋰電廠商對PVDF的需求快速上升。項目團隊快速行動，針對性地開展產品小試實驗制備樣品，短短3個月就實現綠色環保型高性能乳液法PVDF新牌號的定型；并克服了合成工藝放大工藝的規模適配性問題，在優化實驗和節約生產成本的同時，高效完成新產品的放大生產，成功將產品導入鋰電池頭部企業的供應鏈體系中。
與此同時，中化藍天還是國內少數配套鋰電池應用評價實驗室的PVDF生產廠家之一。應用評價實驗室具備下游鋰電池客戶小試線的大部分評價能力，能對包含PVDF的鋰電池漿料進行固含量、穩定性、流變特性等指標檢測，并涂敷制成電極極片，評價電極片的相關性能。相當于將一部分鋰電池客戶的評價能力搬入實驗室，大大縮短了產品和應用的距離，與市場實現高效銜接。
▲ 鋰電池應用評價實驗室
原文始發于微信公眾號（鋰電產業通）：新能源車續航700公里？離不開這種材料！
